DE102005017113B4

DE102005017113B4 - Protective layer arrangement for a winding head of an electrical machine

Info

Publication number: DE102005017113B4
Application number: DE200510017113
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Kaufhold; Bernhard Dr. Klaussner; Alfred Titz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: DE102005017113A1

Abstract

Schutzschichtanordnung für einen Wickelkopf (5, 6) einer elektrischen Maschine (1) mit einer ersten und einer zweiten Deckschicht (12, 13; 16, 17; 19, 20), wobei
a) die erste und die zweite Deckschicht (12, 13; 16, 17; 19, 20) eine elektrische Leiteranordnung (7) des Wickelkopfs (5, 6) umschließen,
b) die erste Deckschicht (12; 16; 19) aus einem im gesamten Anwendungstemperaturbereich gelartigen und zumindest weitgehend selbstheilenden Polymermaterial besteht, und
c) die zweite Deckschicht (13; 17; 20) die erste Deckschicht (12; 16; 19) unmittelbar umgibt und aus einem härteren Material als die erste Deckschicht (12; 16; 19) und aus einem im gesamten Anwendungstemperaturbereich gummielastischen Material besteht.Protective layer arrangement for a winding head (5, 6) of an electrical machine (1) having a first and a second cover layer (12, 13; 16, 17; 19, 20), wherein
a) the first and the second cover layer (12, 13; 16, 17; 19, 20) enclose an electrical conductor arrangement (7) of the winding head (5, 6),
b) the first cover layer (12; 16; 19) consists of a polymer material that is gelatinous and at least largely self-healing throughout the entire application temperature range, and
c) the second cover layer (13; 17; 20) immediately surrounds the first cover layer (12; 16; 19) and consists of a harder material than the first cover layer (12; 16; 19) and a rubber-elastic material throughout the application temperature range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschichtanordnung für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine mit einer ersten und einer zweiten Deckschicht.The The invention relates to a protective layer arrangement for a winding head of an electrical Machine with a first and a second cover layer.

Eine derartige Schutzschichtanordnung ist zur elektrischen Isolation, zum mechanischen Schutz oder zum chemischen Schutz am Wickelkopf einer beispielsweise als elektrodynamischer Motor oder Generator ausgeführten elektrischen Maschine vorgesehen. Sie lässt sich mittels mehrfacher Imprägnierung mit Tränkharzen und Tränklacken oder mittels eines Vergusses mit anorganisch gefüllten Tränkharzen (= Gießharz) herstellen.A such protective layer arrangement is for electrical insulation, for mechanical protection or chemical protection on the winding head for example, as an electrodynamic motor or generator executed provided electrical machine. It can be done by means of multiple impregnation with impregnating resins and impregnating lacquers or by means of a potting with inorganically filled impregnating resins (= cast resin) produce.

Aus der DE 31 33 734 C2 ist eine Schutzschichtanordnung mit einem einschichtigen harten Überzug aus einem siliziumorganischen Elastomer, wie einem organomodifiziertem bei Raumtemperatur härtbarem Silikonkautschukmaterial, bekannt. Weiterhin ist es aus der JP 08 154 364 A sowie aus dem zugehörigen englischen Abstract bekannt, eine Schutzschichtanordnung zweischichtig auszuführen. Die innere Gießharz-Schicht hat eine Glasübergangstemperatur zwischen 80°C und 100°C, die äußere Gießharz-Schicht dagegen eine höhere Glasübergangstemperatur zwischen 120°C und 150°C. Diese bekannten Schutzschichtanordnungen neigen bei Temperaturwechseln zur Rissbildung und zumindest bereichsweise zur Delaminierung.From the DE 31 33 734 C2 For example, a protective layer assembly having a single layer hard coating of an organosilicon elastomer, such as an organomodified room temperature curable silicone rubber material, is known. Furthermore, it is from the JP 08 154 364 A as well as from the associated English abstract known to perform a protective layer arrangement in two layers. The inner cast resin layer has a glass transition temperature between 80 ° C and 100 ° C, while the outer cast resin layer has a higher glass transition temperature between 120 ° C and 150 ° C. These known protective layer arrangements tend to crack during temperature changes and at least partially to delamination.

Aus der JP 63 121 440 A ist eine ebenfalls zweischichtige Schutzschichtanordnung für einen Wickelkopf eines Elektromotors bekannt. Die Schutzschichtanordnung enthält eine äußere elastische Kunststoffschicht, die an ihrer Innenseite mit einer weiteren Schicht aus einem Gel belegt ist.From the JP 63 121 440 A is also known a two-layer protective layer arrangement for a winding head of an electric motor. The protective layer arrangement comprises an outer elastic plastic layer, which is covered on its inside with a further layer of gel.

In der US 3 020 260 A wird die Zusammensetzung eines Silikongels beschrieben, das sich auch zu einer selbstheilenden Beschichtung eines elektrischen Apparats eignet.In the US 3,020,260 A describes the composition of a silicone gel, which is also suitable for a self-healing coating of an electrical apparatus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Schutzschichtanordnung für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine anzugeben, die einen verbesserten Schutz vor Rissbildung und Delaminierung bietet.The The object of the invention is therefore a protective layer arrangement for one Winding of an electrical machine indicate that improved Provides protection against cracking and delamination.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine umfasst eine erste und eine zweite Deckschicht, wobei

a) die erste und die zweite Deckschicht eine elektrische Leiteranordnung des Wickelkopfs umschließen,
b) die erste Deckschicht aus einem im gesamten Anwendungstemperaturbereich gelartigen und zumindest weitgehend selbstheilenden Polymermaterial besteht, und
c) die zweite Deckschicht die erste Deckschicht unmittelbar umgibt und aus einem härteren Material als die erste Deckschicht und aus einem im gesamten Anwendungstemperaturbereich gummielastischen Material besteht.

This object is achieved by the features of independent claim 1. The protective layer arrangement according to the invention for a winding head of an electric machine comprises a first and a second cover layer, wherein

a) the first and the second cover layer enclose an electrical conductor arrangement of the winding overhang,
b) the first cover layer consists of a gel-like and at least largely self-healing polymer material in the entire application temperature range, and
c) the second cover layer directly surrounds the first cover layer and consists of a harder material than the first cover layer and of a rubber-elastic material throughout the application temperature range.

Die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung hat aufgrund des gelartigen Charakters der inneren, also der ersten Deckschicht eine sehr gute Haftung am zu beschichtenden Körper oder Material. Besonders günstig wirkt sich aus, dass diese vorteilhafte Eigenschaft über den gesamten Anwendungstemperaturbereich gegeben ist. Je nach Wärmeklasse der elektrischen Maschine erstreckt sich dieser Bereich von einem insbesondere in der Bahntechnik maßgeblichen Minimalwert von –40°C bis zu einem Maximalwert von 130°C (Klasse B), von 155°C (Klasse F), von 180°C (Klasse H) oder von 200°C (Klasse 200). Auch noch höhere Temperaturwerte sind grundsätzlich möglich. Die hier maßgeblichen Wärmeklassen für die Isolierung elektrotechnischer Betriebsmittel sind in der IEC 60085 definiert. Die Glasübergangstemperatur des Polymermaterials der ersten Deck schicht liegt insbesondere unter Raumtemperatur, vorzugsweise sogar unter –40°C.The Protective layer arrangement according to the invention has due to the gel-like nature of the inner, so the first Topcoat a very good adhesion to the body to be coated or Material. Very cheap Affects That This Beneficial Property Over The total application temperature range is given. Depending on the thermal class of the electric machine, this area extends from one especially in the railway technology relevant minimum value of -40 ° C up to a maximum value of 130 ° C (Class B), from 155 ° C (Class F), from 180 ° C (Class H) or from 200 ° C (Class 200). Even higher Temperature values are basically possible. The relevant here thermal classes for the Insulation of electrical equipment is in the IEC 60085 Are defined. The glass transition temperature the polymer material of the first cover layer is particularly below Room temperature, preferably even below -40 ° C.

Die gelartige erste Deckschicht vermeidet weitestgehend mechanische Spannungen, die ansonsten zur Rissbildung und zur Delaminierung führen könnten. Außerdem bewirkt die gelartige erste Deckschicht im äußerst unwahrscheinlichen Fall einer mechanischen Beschädigung in der Schutzschichtanordnung eine Selbstheilung. Die erste Deckschicht besteht aus einem klebrigen zähfließenden Stoff, der sich deutlich von den bislang verwendeten aushärtenden Gießharzen, Elastomeren oder Duroplasten unterscheidet.The Gel-like first cover layer largely avoids mechanical Stresses that otherwise cause cracking and delamination to lead could. Furthermore causes the gel-like first cover layer in the most unlikely event a mechanical damage in the protective layer arrangement a self-healing. The first cover layer consists of a sticky viscous substance, which differs significantly from the hardening used so far casting resins, Elastomers or thermosets distinguishes.

Die zweite Deckschicht schützt die gelartige erste Deckschicht. Insbesondere verhindert sie eine Anhaftung von Schmutzpartikeln an der relativ klebrigen ersten Deckschicht.The second cover layer protects the gel-like first cover layer. In particular, it prevents adhesion of dirt particles on the relatively sticky first cover layer.

Bei der von der Schutzschichtanordnung umschlossenen elektrischen Leiteranordnung kann es sich insbesondere um einen Einzelleiter oder auch um eine Kombination mehrerer Teilleiter handeln. Diese beispielsweise aus Kupfer bestehenden elektrischen Leiter können auch mit einer Leiterisolierung versehen sein.at the electrical conductor arrangement enclosed by the protective layer arrangement in particular, it may be a single conductor or a single conductor Combining several sub-conductors act. This example off Copper existing electrical conductors may also be provided with a conductor insulation be.

Mit besonderem Vorteil lässt sich die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung in einer durchzugsbelüfteten elektrischen Maschine einsetzen, deren Wickelköpfe zumindest teilweise unmittelbar dem Kühlluftstrom ausgesetzt sind. Dadurch ergeben sich besonders hohe Schutzanforderungen hinsichtlich Feuchtigkeit, Salznebel, chemischer Substanzen und auch abrasiv wirkender Schmutzpartikel, die über den Kühlluftstrom an den Wickelkopf herangetragen werden. Die erfindungsgemäße Schutzschichtanordnung bietet gegenüber diesen Umwelteinflüssen insbesondere aufgrund ihres zweischichtigen Aufbaus einen sehr guten Schutz. Beide Deckschichten erfüllen unterschiedliche Schutzfunktionen und können auch weitgehend unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer jeweiligen Schutzfunktion ausgelegt werden.With particular advantage, the protective layer arrangement according to the invention can be in a use ventilated electric machine whose winding heads are at least partially exposed directly to the cooling air flow. This results in particularly high protection requirements in terms of moisture, salt spray, chemical substances and also abrasive dirt particles, which are brought to the winding over the cooling air flow. The protective layer arrangement according to the invention offers very good protection against these environmental influences, in particular because of its two-layer structure. Both cover layers fulfill different protective functions and can also be designed largely independently of one another with regard to their respective protective function.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schutzschichtanordnung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.advantageous Embodiments of the protective layer arrangement according to the invention arise from the features of the dependent claims of claim 1.

Günstig ist eine Variante, bei der das Polymermaterial ein Silikongel ist, also ein Silikonpolymer mit besonders hoher Elastizität und dementsprechend mit sehr niedrigem Elastizitätsmodul (= Young Modulus).Cheap is a variant in which the polymer material is a silicone gel, ie a silicone polymer with particularly high elasticity and accordingly with very low modulus of elasticity (= Young Modulus).

Die auch als Silikonkautschuke bezeichneten Silikonpolymere sind Polydiorganosiloxane, die insbesondere durch Wasserstoffatome, Hydroxylgruppen oder Vinylgruppen an den Enden oder in den Ketten vernetzt werden. Sie nehmen nach der Vernetzung einen gummielastischen Zustand ein. Als Basispolymere kommen insbesondere Polydimethylsiloxane in Betracht, die ihre hohe Elastizität bis zu Temperaturen von unter –50°C beibehalten. Diese hohe Elastizität hat ihre Ursache in der Si-O-Si-O-Grundstruktur im Polymerskelett, die zu einer sehr hohen Beweglichkeit der Polymersegmente führt. Dadurch resultiert eine leichte Verschiebbarkeit im vernetzten Polymer. Bedingt durch die hohe Segmentbeweglichkeit liegen auch die zugehörigen Glasübergangstemperaturen bei vergleichsweise sehr niedrigen Werten von bis zu unter –40°C.The Silicone polymers also referred to as silicone rubbers are polydiorganosiloxanes, in particular by hydrogen atoms, hydroxyl groups or vinyl groups be crosslinked at the ends or in the chains. They take over the cross-linking a rubber-elastic state. As base polymers especially polydimethylsiloxanes come into consideration, the high elasticity maintained at temperatures below -50 ° C. This high elasticity has its cause in the Si-O-Si-O basic structure in the polymer skeleton, which leads to a very high mobility of the polymer segments. Thereby results in a slight displaceability in the crosslinked polymer. Due to the high segment mobility, the associated glass transition temperatures are also present at comparatively very low values of up to below -40 ° C.

Besonders gut eignen sich zweikomponentige kaltvulkanisierende, d.h. bei Raumtemperatur vulkanisierende, Silikonkautschuke, die durch Kondensations- oder Additionsreaktion vernetzen. Durch entsprechende Variation der organischen Reste in der Polymerkette kann eine Dauerflexibilität bis unter –100°C eingestellt werden. Reine Polydimethylsiloxane erreichen Werte von etwa –50°C. Phenylmethylsiloxan- oder Diphenylsiloxaneinheiten ermöglichen dagegen sogar Werte von etwa –110°C.Especially two-component cold vulcanizing, ie. at room temperature Vulkanisierende, silicone rubbers by condensation or Crosslink addition reaction. By appropriate variation of the organic Residues in the polymer chain can be adjusted to a duration flexibility below -100 ° C. become. Pure polydimethylsiloxanes reach values of about -50 ° C. phenylmethylsiloxane or diphenylsiloxane units, on the other hand, even allow values from about -110 ° C.

Auch bei hohen Temperaturen weisen die Polysiloxane bedingt durch die äußerst oxidationsunempfindlichen Polymerketten ei ne ausgezeichnete Beständigkeit auf. Die Si-O-Si-Bindungen sind bis zu Werten von etwa 250°C sehr stabil und zersetzungsresistent.Also At high temperatures, the polysiloxanes are characterized by the extremely oxidation-insensitive Polymer chains have excellent resistance. The Si-O-Si bonds are up to values of about 250 ° C very stable and resistant to decomposition.

Unter den vorstehend beschriebenen ohnehin sehr vorteilhaften Silikonpolymeren zeichnen sich die Silikongele durch die geringst möglichen Elastizitätsmoduli aus. Sie eignen sich somit in besonderer Weise für die erste Deckschicht.Under the above-described very advantageous silicone polymers The silicone gels are characterized by the lowest possible elastic moduli out. They are therefore particularly suitable for the first cover layer.

Insbesondere ist die Elastizität der zweiten Deckschicht niedriger als die der gelartigen ersten Deckschicht. Bei dieser Variante hat der Verbund aus beiden Deck schichten eine sehr hohe Elastizität und auch eine gute mechanische Festigkeit.Especially is the elasticity the second cover layer is lower than that of the gel-like first cover layer. In this variant, the composite of two cover layers has one very high elasticity and also a good mechanical strength.

Vorzugsweise ist das gummielastische Material der zweiten Deckschicht ein Silikonkautschuk. Die vorstehend im Zusammenhang mit der Silikongel-Variante für die erste Deckschicht beschriebenen Vorzüge der Silikonpolymere kommen dann auch für die zweite Deckschicht zum Tragen. Insbesondere wenn die erste Deckschicht aus einem Silikongel besteht, ist es vorteilhaft, für die zweite Deckschicht einen Silikonkautschuk vorzusehen. Das Material beider Deckschichten ist dann silikon-basiert, wodurch eine besonders gute Haftung zwischen den beiden Deckschichten resultiert.Preferably the rubber-elastic material of the second cover layer is a silicone rubber. The above in connection with the silicone gel variant for the first Covering described benefits The silicone polymers are then also used for the second cover layer Wear. In particular, when the first cover layer of a silicone gel exists, it is beneficial for the second cover layer to provide a silicone rubber. The material Both cover layers is then silicone-based, which makes a special Good adhesion between the two outer layers results.

Grundsätzlich ist es aber ebenso möglich, dass die zweite Deckschicht aus einem Gießharz besteht. Auch dann resultiert ein vor allem aufgrund der inneren ersten Deckschicht sehr elastischer und aufgrund der härteren äußeren zweiten Deckschicht sehr stabiler Verbund.Basically but it is equally possible that the second cover layer consists of a casting resin. Even then results a very elastic due to the inner first top layer and because of the harder outer second Cover layer very stable composite.

Bei einer weiteren Ausgestaltung sind die erste und die zweite Deckschicht jeweils als Beschichtung mit weitgehend einheitlicher Schichtdicke ausgebildet sind. Diese Beschichtungen lassen sich beispielsweise jeweils mittels eines Tauchverfahrens aufbringen. Abweichungen von der ansonsten innerhalb der jeweiligen Deckschicht einheitlichen Schichtdicke können sich lediglich an exponierten Geometriestellen, wie beispielsweise an schmalen Seiten oder an Kanten, ergeben. Diese Ausgestaltung erlaubt eine sehr gute Wärmeabfuhr aus der umschlossenen Leiteranordnung.at In a further embodiment, the first and second cover layers are each formed as a coating with a substantially uniform layer thickness are. These coatings can be, for example, each by means of apply a dipping process. Deviations from the otherwise within the respective cover layer uniform layer thickness can only at exposed geometry sites, such as on narrow sides or on edges. This embodiment allows a very good heat dissipation from the enclosed conductor arrangement.

Im Rahmen einer alternativen Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Wickelkopf mittels der zweiten Deckschicht komplett zu vergießen. Bei dieser Ausgestaltung sind zwischen zwei benachbarten Leiteranordnungen des Wickelkopfs nach dem Verguss mit der zweiten Deckschicht praktisch keine Lücken mehr vorhanden. Es resultiert ein mechanisch sehr stabiler Aufbau. Der Verguss verstärkt den Wickelkopf mechanisch, so dass auf ansonsten bisweilen eingesetzte mechanische Versteifungselemente ganz oder zumindest teilweise verzichtet werden kann. Die Schichtdicke der ersten Deckschicht liegt insbesondere etwa zwischen 0,2 und 0,5 mm, die der zweiten Deckschicht vorzugsweise etwa zwischen 2 und 5 mm. Diese Schichtdicken entspringen einem Kompromiss. Während für eine gute Wärmeabfuhr möglichst kleine Dickewerte günstig sind, steigt die mechanische Festigkeit mit zunehmenden Schichtdicken.In the context of an alternative embodiment, it is provided to completely shed the winding head by means of the second cover layer. In this embodiment, virtually no gaps are present between two adjacent conductor arrangements of the winding head after casting with the second cover layer. The result is a mechanically very stable structure. The potting mechanically reinforces the winding head, so that otherwise sometimes used mechanical stiffening elements can be completely or at least partially omitted. The layer thickness of the first cover layer is in particular approximately between 0.2 and 0.5 mm, that of the second cover layer preferably approximately between 2 and 5 mm. These layer thicknesses arise from a compromise. While the smallest possible thickness values are favorable for good heat dissipation, the mechanical strength increases with increasing layer thicknesses.

Eine weitere Variante besteht darin, dass zwischen der Leiteranordnung und der ersten Deckschicht eine elektrische Isolationsanordnung vorgesehen ist. Die beiden Deckschichten dienen dann in erster Linie zum mechanischen Schutz, wohingegen die zwischen der Schutzschichtanordnung und der Leiteranordnung vorgesehene Isolationsanordnung hauptsächlich die elektrische Isolationsfunktion übernimmt. Durch diese Funktionsaufteilung ergeben sich größere Freiheitsgrade bei der Materialwahl für die jeweilige Teilschicht.A Another variant is that between the conductor arrangement and the first cover layer an electrical insulation arrangement is provided. The two outer layers then serve primarily for mechanical protection, whereas those between the protective layer arrangement and the conductor arrangement provided isolation arrangement mainly the electrical insulation function takes over. Through this division of functions resulting in greater degrees of freedom in the Material choice for the respective sub-layer.

Alternativ ist es aber auch möglich, die erste Deckschicht unmittelbar an der Leiteranordnung anliegen zu lassen. In diesem Fall übernehmen die beiden Deckschichten auch die elektrische Isolation vollständig. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Deckschichten aus den vorstehend genannten vorteilhaften Silikonpolymeren ausgebildet sind. Diese Materialien weisen nämlich auch ein sehr gutes elektrisches Isolationsvermögen auf. Dadurch wird der Aufbau sehr einfach und folglich auch kostengünstig. Er kommt ohne zwischengelagerte gesonderte Isolationsanordnung oder -schicht aus.alternative but it is also possible the first cover layer lie directly against the conductor arrangement allow. In this case, take over the two outer layers also complete the electrical insulation. This is possible in particular if the outer layers of the above-mentioned advantageous silicone polymers are formed. Because these materials also have a very good electrical insulation capacity on. This makes the structure very simple and therefore cost-effective. He comes without interposed separate isolation arrangement or layer off.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further Features, advantages and details of the invention will become apparent the following description of embodiments with reference to Drawing. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit Wickelköpfen, die mehrere schutzbeschichtete Leiteranordnungen umfassen, 1 An embodiment of an electric machine with winding heads, which comprise a plurality of protective conductor arrangements,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schutzschichtanordnung für die Leiteranordnungen gemäß 1, 2 a first embodiment of a protective layer arrangement for the conductor arrangements according to 1 .

3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schutzschichtanordnung für die Leiteranordnungen gemäß 1 und 3 A second embodiment of a protective layer arrangement for the conductor arrangements according to 1 and

4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schutzschichtanordnung für eine Leiteranordnung gemäß 1 4 A third embodiment of a protective layer arrangement for a conductor arrangement according to 1

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 1 im Teilquerschnitt dargestellt. Der Schnitt verläuft entlang einer Drehachse 2 durch einen Stator 3 der elektrischen Maschine 1 und zeigt lediglich einen Teil der oberen Hälfte des Stators 3. Ein eigentlich aktiver Bereich 4 mit dem Stator-Eisenblechpaket und den in Nuten geführten elektrischen Spulenleitern ist nicht näher, sondern nur schematisch wiedergegeben. Auf beiden axialen Seiten des aktiven Bereichs 4 verfügt der Stator 3 über jeweils einen Wickelkopf 5 und 6. Die Wickelköpfe 5 und 6 sind durch eine Vielzahl von in Richtung der Drehachse 2 aus dem Stator-Eisenblechpaket herausgeführten elektrischen Leiteranordnungen 7 gebildet. Die Leiteranordnungen 7 sind zumindest im Bereich der Wickelköpfe 5 und 6 schutzbeschichtet.In 1 is an embodiment of an electric machine 1 shown in partial cross section. The section runs along a rotation axis 2 through a stator 3 the electric machine 1 and only shows part of the upper half of the stator 3 , An actually active area 4 with the stator iron sheet package and guided in grooves electrical coil conductors is not closer, but only schematically shown. On both axial sides of the active area 4 has the stator 3 each with a winding head 5 and 6 , The winding heads 5 and 6 are through a variety of in the direction of the axis of rotation 2 From the stator iron sheet package led out electrical conductor arrangements 7 educated. The conductor arrangements 7 are at least in the field of winding heads 5 and 6 protective coating.

Aus den in den 2 bis 4 dargestellten Querschnitten durch einen Teil der Leiteranordnungen 7 eines der Wickelköpfe 5 und 6 geht hervor, dass sich die für die Spulenwicklungen verwendeten Leiteranordnungen 7 aus mehreren gegeneinander elektrisch isolierten Teilleitern 8 zusammensetzen. Die Teilleiter 8 bestehen aus Kupferstäben. Jeder Teilleiter 8 ist von einer Teilleiterisolierung 9 aus einer Kapton-Folie umgeben.From the into the 2 to 4 illustrated cross sections through a portion of the conductor assemblies 7 one of the winding heads 5 and 6 shows that the conductor arrangements used for the coil windings 7 from several mutually electrically isolated sub-conductors 8th put together. The sub-leaders 8th consist of copper rods. Every leader 8th is from a sub-conductor insulation 9 surrounded by a kapton foil.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Leiteranordnungen 7 jeweils mit einer Isolationsanordnung 10 und einer Schutzschichtanordnung 11 umgeben. Die Isolationsanordnung 10 bildet die elektrische Hauptisolierung der Statorwicklungen der elektrischen Maschine 1 und ist auch innerhalb der Stator-Nuten an den Leiteranordnungen 7 vorgesehen. Sie besteht aus einer Bewicklung mit Glimmerbändern, die bei Bedarf zusätzlich von einem Gewebe aus glasfaserverstärktem Kunststoff (= GFK) umgeben sein kann. Die Anordnung mit den bewickelten Glimmerbändern und ggf. mit dem GFK-Gewebe ist mit einem Imprägnier-Harz getränkt, das mittels eines Vakuum-Druck-Prozesses (= VPI-Prozess) aufgebracht wird. Das Imprägnier-Harz ist ausgehärtet. Optional kann die Isolationsanordnung 10 – beispielsweise zum Verschluss von Restporen – eine weitere Imprägnierung mit einem Lack enthalten.In the embodiment according to 2 are the ladder arrangements 7 each with an isolation arrangement 10 and a protective layer arrangement 11 surround. The isolation arrangement 10 forms the main electrical insulation of the stator windings of the electric machine 1 and is also within the stator slots on the conductor assemblies 7 intended. It consists of a winding with mica tapes, which can be additionally surrounded if necessary by a fabric made of glass fiber reinforced plastic (= GFRP). The arrangement with the wound mica tapes and possibly with the GRP fabric is impregnated with an impregnating resin, which is applied by means of a vacuum-pressure-process (= VPI-process). The impregnating resin is cured. Optionally, the isolation arrangement 10 - For example, for the closure of residual pores - a further impregnation with a paint included.

Die die Isolationsanordnung 10 umgebende Schutzschichtanordnung 11 ist zweischichtig ausgebildet. Sie enthält eine innere erste Deckschicht 12 und eine äußere zweite Deckschicht 13. Die erste Deckschicht 12 besteht aus einem Silikongel, die zweite Deckschicht 13 aus einem Silikonkautschuk. Die beiden Deckschichten 12 und 13 sind als Tauchbeschichtungen ausgeführt. Grundsätzlich können sie aber auch mittels anderer Beschichtungsverfahren, beispielsweise mittels eines elektrostatischen Spritzverfahrens, aufgebracht werden. Sie umgeben die mit den Isolationsanordnungen 10 versehenen Leiteranordnungen 7 jeweils gesondert, so dass zwischen den schutzbeschichteten Leiteranordnungen 7 materialfreie Lücken 14 verbleiben. Die Schutzschichtanordnung 11 dient hauptsächlich dem mechanischen Schutz sowie dem Schutz vor Feuchtigkeit und vor chemischen Substanzen.The the isolation arrangement 10 surrounding protective layer arrangement 11 is formed in two layers. It contains an inner first cover layer 12 and an outer second cover layer 13 , The first cover layer 12 consists of a silicone gel, the second cover layer 13 made of a silicone rubber. The two cover layers 12 and 13 are designed as dip coatings. In principle, however, they can also be applied by means of other coating methods, for example by means of an electrostatic spraying method. They surround those with the insulation arrangements 10 provided conductor arrangements 7 each separately, so that between the protective conductor arrangements 7 material-free gaps 14 remain. The protective layer arrangement 11 Mainly used for mechanical protection and protection against moisture and against chemical substances.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die mit den Isolationsanordnungen 10 versehenen Leiteranordnungen 7 von einer ebenfalls zweischichtigen Schutzschichtanordnung 15 umgeben. Deren erste Deckschicht 16 besteht wie bei der Schutzschichtanordnung 11 aus einem mittels einer Tauchbeschichtung hergestellten Silikongel-Überzug. Eine äußere zweite Deckschicht 17 ist dagegen durch einen Verguss aller Leiteranordnungen 7 mit einem Silikonkautschuk gebildet. Zwischen den einzelnen Leiteranordnungen 7 verbleiben dann keine materialfreien Lücken 14 wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 2.In the embodiment according to 3 are the ones with the isolation arrangements 10 provided conductor arrangements 7 from a likewise two-layer protective layer arrangement 15 surround. Their first cover layer 16 exists as in the protective layer arrangement 11 from a silicone gel coating prepared by dip coating. An outer second cover layer 17 is by contrast a potting of all conductor arrangements 7 formed with a silicone rubber. Between the individual conductor arrangements 7 then there are no material-free gaps 14 as in the embodiment according to 2 ,

Dadurch ergibt sich ein sehr stabiler mechanischer Aufbau der Wickelköpfe 5 und 6.This results in a very stable mechanical structure of the winding heads 5 and 6 ,

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist stellvertretend nur eine einzige Leiteranordnung 7 dargestellt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Leiteranordnung 7 hier nicht von einer gesonderten Isolationsanordnung 10 umgeben. Vielmehr ist eine Schutzschichtanordnung 18 direkt auf der Leiteranordnung 7 angeordnet.In the embodiment according to 4 is representative only a single conductor arrangement 7 shown. In contrast to the previous embodiments, the conductor arrangement 7 not here by a separate isolation arrangement 10 surround. Rather, a protective layer arrangement 18 directly on the ladder arrangement 7 arranged.

Auch die Schutzschichtanordnung 18 ist zweischichtig aufgebaut. Sie enthält eine erste Deckschicht 19 aus einem Silikongel und eine zweite Deckschicht 20 aus einem Gießharz. Grundsätzlich kann anstelle des Gießharzes aber auch ein Silikonkautschuk wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Die beiden Deckschichten 19 und 20 sind als Tauchbeschichtungen ausgeführt. Ein Verguss mittels der zweiten Deckschicht 20 ist aber ebenfalls möglich.Also the protective layer arrangement 18 is constructed in two layers. It contains a first cover layer 19 from a silicone gel and a second topcoat 20 from a cast resin. In principle, instead of the casting resin but also a silicone rubber may be provided as in the previous embodiments. The two cover layers 19 and 20 are designed as dip coatings. A casting by means of the second cover layer 20 but is also possible.

Die Schutzschichtanordnung 18 nimmt auch die Funktion der elektrischen Hauptisolierung wahr, so dass auf eine gesonderte Isolationsanordnung 10 verzichtet werden kann. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau. Dies führt auch zu einem Kostenvorteil bei der Fertigung. Die Bewicklung der Leiteranordnung 7 mit den bei einer gesonderten Isolationsanordnung 10 vorgesehenen Glimmerbändern ist gerade im Bereich der Wickelköpfe 5 und 6 aufwändig und lässt sich oft nur per Hand vornehmen. Dagegen können die Tauch- und/oder Gussverfahren für die Deckschichten 19 und 20 problemlos automatisiert durchgeführt werden.The protective layer arrangement 18 Also, the function of the main electrical insulation becomes true, allowing for a separate isolation arrangement 10 can be waived. This simplifies the structure. This also leads to a cost advantage in the production. The winding of the conductor arrangement 7 with the in a separate isolation arrangement 10 provided mica tapes is just in the field of winding heads 5 and 6 time-consuming and often can only be done by hand. In contrast, the dipping and / or casting process for the outer layers 19 and 20 easily automated.

Außer den bereits genannten Vorteilen bieten die zweischichtigen Schutzschichtanordnungen 11, 15 und 18 eine dauerhaft feuchtigkeitsbeständige elektrische Isolation. Eine Beschädigung durch Rissbildung oder Delaminierung aufgrund von mechanischer Spannungen wird verhindert.In addition to the advantages already mentioned, the two-layer protective layer arrangements offer 11 . 15 and 18 a permanently moisture-resistant electrical insulation. Damage caused by cracking or delamination due to mechanical stress is prevented.

Claims

Protective layer arrangement for a winding head ( 5 . 6 ) an electric machine ( 1 ) with a first and a second cover layer ( 12 . 13 ; 16 . 17 ; 19 . 20 ), wherein a) the first and the second cover layer ( 12 . 13 ; 16 . 17 ; 19 . 20 ) an electrical conductor arrangement ( 7 ) of the winding head ( 5 . 6 ), b) the first cover layer ( 12 ; 16 ; 19 ) consists of a gel-like and at least largely self-healing polymer material in the entire application temperature range, and c) the second covering layer ( 13 ; 17 ; 20 ) the first cover layer ( 12 ; 16 ; 19 ) immediately surrounding and made of a harder material than the first cover layer ( 12 ; 16 ; 19 ) and consists of a rubber-elastic material throughout the application temperature range.

Protective layer arrangement according to Claim 1, characterized the polymer material is a silicone gel.

Protective layer arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the rubber-elastic material is a silicone rubber is.

Protective layer arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the second covering layer ( 20 ) consists of a casting resin.

Protective layer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second cover layer ( 12 . 13 ; 19 . 20 ) are each formed as a coating with a substantially uniform layer thickness.

Protective layer arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the winding head ( 5 . 6 ) by means of the second cover layer ( 17 ) is completely shed.

Protective layer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the conductor arrangement ( 7 ) and the first cover layer ( 12 ; 16 ) an electrical insulation arrangement ( 10 ) is provided.

Protective layer arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the first covering layer ( 19 ) directly on the conductor arrangement ( 7 ) is present.